Les microtubules neuronaux hébergent-ils une conscience quantique via la tubuline et l’eau EZ ?
« Le cerveau qui étudie le cerveau. À quel point c’est hallucinant ? La conscience émerge-t-elle du chaos de la biologie complexe, ou lui est-elle fondamentale ? Est-elle fondée sur la biologie/la chimie/la physique, ou bien en est-elle séparée ? Et quels rôles jouent les champs harmoniques ? » — Jessica Rose. Pensées matinales. 8 avril 2025,
installez-vous confortablement. Prenez un verre de vin. Ou une bouteille. Cet article est long et devient assez technique. J’y aborde le cerveau humain, les microtubules, la tubuline, les réseaux neuronaux artificiels, les chats, la biologie quantique, le cytoplasme gélatineux et les couches d’eau ordonnée, l’eau EZ, les origines de la conscience à partir de la chimie, la biochimie de la tubuline, et la conscience comme accord harmonique — le tout par amour pour la conscience.
Quelques définitions/comparaisons pour plus de clarté
Cerveau humain biologique vs Réseaux Neuronaux Artificiels (RNA ; ANN en anglais) : Le cerveau humain combine des potentiels d’action neuronaux discrets avec des processus dynamiques continus, tandis que les RNA, bien que théoriquement continus, fonctionnent en pratique de manière discrète — le premier est biologique, les seconds artificiels. Les RNA s’inspirent de l’architecture et de la dynamique du cerveau, et excellent dans la reconnaissance de formes et l’apprentissage, principalement grâce à une force de calcul brute.
Informatique classique vs informatique quantique : Contrairement à l’informatique classique qui traite des bits binaires de manière séquentielle, l’informatique quantique utilise des qubits pouvant exister dans plusieurs états simultanément — permettant des possibilités de calcul radicalement différentes. Elle exploite des phénomènes quantiques, comme la superposition et l’intrication pour traiter l’information de façons inaccessibles aux systèmes classiques, notamment pour certains problèmes complexes.
Prologue — Remuer la marmite
Étudier le cerveau et la conscience me donne l’impression d’être moi-même étudiée. Le cerveau est un organe biologique spongieux, d’une complexité extrême, qui produit notre expérience consciente. Mais comment, exactement ? La conscience émerge-t-elle simplement des calculs neuronaux du cerveau, ou y a-t-il quelque chose de plus insaisissable à l’œuvre, peut-être liée à des processus que nous ne comprenons pas encore entièrement ? Avec le développement des RNA toujours plus puissants, on peut légitimement se demander s’ils pourraient, un jour, devenir conscients eux aussi. Mais sans savoir ce qu’est la conscience, comment trancher ? Si jamais les RNA deviennent conscients, je parierais que des technologies comme les ordinateurs quantiques, capables de traiter des calculs simultanés vertigineux, pourraient faire partie de l’équation.
Les neurosciences contemporaines considèrent majoritairement la conscience comme une propriété émergente de l’activité neuronale du cerveau, appuyée par des données reliant l’expérience subjective à des corrélats neuronaux spécifiques, comme les oscillations synchronisées dans le cortex cérébral [1]. Pourtant, la nature précise de la conscience reste insaisissable, suscitant des spéculations sur la possibilité qu’elle transcende les simples computations neuronales. Cette incertitude complique les tentatives de mesure empirique de la conscience, puisque son essence subjective résiste à toute quantification objective — c’est ce qu’on appelle souvent le « problème difficile » de la conscience [2]. Par exemple, bien que l’on puisse mesurer la dépense énergétique liée à l’activité neuronale, aucune méthode ne permet de distinguer cela de l’expérience qualitative de la conscience, ce qui laisse ouverte la question de son origine. Certaines perspectives philosophiques, comme le panpsychisme, suggèrent que la conscience pourrait être une propriété fondamentale de l’univers, au même titre que la masse ou l’énergie — existant indépendamment, et simplement « captée » par le cerveau, plutôt que produite par lui. D’autres modèles, plus computationnels, la comparent à une fonction logicielle, émergeant du matériel neuronal et dépendante de celui-ci. En l’absence d’une compréhension claire de sa nature, ces deux options restent ouvertes, illustrant la complexité profonde de ce mystère ancien.
Alors, la conscience est-elle une propriété émergente de la computation neuronale, ou est-elle autre chose ? Dans cet article, je vais plonger dans la théorie de l’Orch-OR (réduction objective orchestrée) de Hameroff et Penrose, qui postule que la conscience serait le produit de processus quantiques se déroulant à l’intérieur même des neurones, et non simplement une conséquence des connexions neuronales. Le lien entre le cerveau humain et la biologie quantique pourrait résider dans la manière dont les processus quantiques (comme la superposition ou l’intrication) influenceraient la computation neuronale ou la conscience à un niveau microscopique, via les microtubules et la tubuline.
Au moment où j’écrivais cet article, un article scientifique a été publié qui soutient l’idée que la conscience est une propriété émergente de la computation neuronale — sans pour autant constituer un modèle universel de la conscience. Fang et al. (4 avril 2025) démontrent une modulation de la perception consciente dans la conscience visuelle à des emplacements spécifiques du cerveau. Hameroff (je vais bientôt vous le présenter) a répondu avec un contre-argument auquel j’adhère :
« Oui, mais le thalamus ne peut pas être nécessaire à toute forme de conscience, puisque l’olfaction contourne le thalamus. Et il ne fait pas partie du réseau en mode par défaut ».
Sur le cerveau humain
Le cerveau humain est l’organe central du système nerveux, travaillant de concert avec la moelle épinière pour nous permettre de ressentir, parler et danser. C’est le centre de commandement de la plupart des activités corporelles, traitant, intégrant et coordonnant en permanence les informations sensorielles, transformant les sensations en actions.
Un cerveau humain adulte moyen a une texture similaire à celle du tofu (apparemment — je n’en ai pas encore touché un !) et pèse environ 1,2 à 1,4 kg (2,6 à 3,1 livres). Le télencéphale (ou cerebrum) est la plus grande partie du cerveau — celle à laquelle la plupart des gens pensent quand ils s’imaginent un cerveau, je suppose. Il comprend le cortex cérébral (la couche externe), une couche de substance grise d’environ 2 à 4 mm d’épaisseur, qui recouvre le télencéphale — la partie à l’aspect typiquement « cérébral ».
Figure 1a : Les parties les plus célèbres du cerveau mises en évidence en différentes couleurs (https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_regions_in_the_human_brain)
En plus du cerveau proprement dit, nous avons le tronc cérébral (brain stem) et la moelle épinière (spinal cord). Le tronc cérébral est extrêmement important : il relie le télencéphale à la moelle épinière et joue un rôle vital pour la régulation du rythme cardiaque, de la respiration, de la conscience, du sommeil/de l’éveil, entre autres. Il est essentiel pour la conduction, en d’autres termes. La moelle épinière se connecte au reste du corps, permettant les mouvements.
Le cerveau humain représente environ 2 % du poids total du corps (pas si lourd, vu tout ce qu’il fait !) et est composé de deux hémisphères, reliés par le corps calleux. Ce dernier est comme une autoroute d’information entre les deux hémisphères, la plus grande structure de substance blanche du cerveau humain, contenant entre 200 et 300 millions de projections axonales (les « routes » neuronales).
Figure 1b : Vue supérieure du corps calleux.
https://en.wikipedia.org/wiki/Corpus_callosum
Chaque hémisphère cérébral comprend un noyau interne de substance blanche (nous y reviendrons) et des structures sous-corticales, ainsi qu’un cortex cérébral externe, divisé en quatre lobes : le lobe frontal (contrôle moteur, fonctions exécutives), le lobe pariétal (traitement sensoriel, perception spatiale), le lobe temporal (traitement auditif, compréhension du langage, mémoire), le lobe occipital (traitement visuel).
Figure 1c : Les lobes du cerveau.
https://en.wikipedia.org/wiki/Lobes_of_the_brain
Il y a beaucoup de parties non mobiles dans le cerveau humain qui composent ces lobes. Le cervelet, illustré en Figure 1b, ressemble presque à un petit cerveau protégé par le « méga-cerveau » (le télencéphale ou cerebrum). Sachant qu’il contient plus de la moitié des neurones du cerveau [3], il est étonnant qu’il n’occupe qu’environ 10 % du volume total. Il y a aussi la glande pinéale, la commissure postérieure, le corps du fornix et tout un tas d’autres éléments « mous » qui composent cet organe incroyable.
Figure 1d : Illustration anatomique de Sobotta’s Human Anatomy (1908). https://en.wikipedia.org/wiki/Human_brain
Certaines parties du cerveau, comme le télencéphale, le tronc cérébral, le cervelet et la moelle épinière, sont protégées par des méninges, qui se composent de trois membranes servant à la protection, au soutien (structurel et vasculaire), et à l’amortissement. La membrane la plus externe du cortex cérébral joue un rôle clé dans la barrière hématoencéphalique. Vous pouvez en lire plus ici.
Le cerveau humain est composé de substance blanche et de substance grise, ainsi nommées en partie à cause de leur coloration (due aux colorants utilisés) lors de l’examen du cerveau comme illustré dans la Figure 1e. La substance blanche est blanche grâce à la myéline. La forte teneur en lipides de la myéline réfléchit la lumière, ce qui donne à la substance blanche sa couleur caractéristique dans les coupes non colorées. La myéline entoure les fibres nerveuses (axones) et agit comme un isolant électrique, ce qui permet aux signaux de circuler rapidement dans le cerveau en servant de conduit vers la substance grise du système nerveux central. C’est pourquoi les maladies de démyélinisation sont si graves : la transmission des signaux reste possible, mais elle est considérablement ralentie.
Figure 1e : Cerveau humain droit, vue latérale disséquée (antérieur à droite), montrant la matière grise (zones sombres externes) et la matière blanche (zones internes plus claires). https://fr.wikipedia.org/wiki/Substance_blanche
Le cortex cérébral, composé de multiples couches de neurones, constitue la majeure partie de la matière grise du cerveau, faite principalement de corps cellulaires neuronaux, de dendrites et d’axones non myélinisés, tandis que la matière blanche sous-corticale plus profonde est principalement composée d’axones myélinisés qui relient différentes régions cérébrales et s’étendent vers la moelle épinière et le système périphérique. La matière blanche représente environ la moitié du volume total du cerveau [4].
Pour éviter que ce texte ne devienne un cours accéléré sur le cerveau humain plutôt qu’une exploration de la nature de la conscience, je vais conclure ici cette introduction. Mon but était de bien souligner la biologie du cerveau et les zones où certaines fonctions ont lieu.
Il ne fait aucun doute que le cerveau humain est un organe incroyablement complexe, tant dans sa structure que dans son fonctionnement, mais à présent j’aimerais me concentrer sur les neurones et les microtubules (Figure 2, en vert), ainsi que sur la tubuline pour le reste de cet article. Les neurones et les microtubules entretiennent une relation fascinante : les microtubules servent de charpente au soutien de la structure et de la fonction neuronales, et les neurones sont les cellules du système nerveux (dans le cerveau et la moelle épinière) qui servent à conduire les impulsions électriques. Ce sont des cellules excitables qui génèrent des signaux électriques appelés potentiels d’action, lesquels voyagent à travers les réseaux neuronaux et communiquent entre eux via des synapses, utilisant des neurotransmetteurs chimiques pour transmettre les signaux de manière électrique. Cette combinaison imbriquée de processus électriques et chimiques constitue la base du rôle critique des neurones dans le système nerveux.
Figure 2 : Composants du cytosquelette eucaryote. Les filaments d’actine sont en rouge, les microtubules en vert, et les noyaux en bleu.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Microtubule
Sur les microtubules et la tubuline
Les microtubules sont des structures cylindriques creuses présentes dans les cellules, construites à partir de protéines de tubuline, avec un diamètre externe d’environ 25 nm (voir Figure 3). Les protéines de tubuline sont des dimères (molécules appariées de façon non covalente) composés de sous-unités alpha- et bêta-tubuline, qui s’empilent par polymérisation (réaction chimique formant des chaînes de polymères) pour constituer des protofilaments (13 par coupe transversale de microtubule), lesquels s’alignent latéralement avec un léger décalage, formant une structure hélicoïdale autour du noyau creux, créant ainsi un tube creux. Il est important de noter que la tubuline s’assemble tête-bêche lors de la formation des protofilaments, ce qui confère aux microtubules une polarité intrinsèque : une extrémité « + » (où la bêta-tubuline est exposée, favorisant la croissance) et une extrémité « – » (où l’alpha-tubuline est exposée, moins dynamique). Cette polarité oriente des processus directionnels, tels que le déplacement des protéines motrices (la kinésine vers l’extrémité « + », la dynéine vers l’extrémité « – ») et l’organisation des microtubules dans les cellules, y compris les neurones, où elle détermine le transport le long des axones et des dendrites.
La polarité des microtubules provient principalement de l’asymétrie structurelle des dimères alpha-bêta-tubuline (qui s’assemblent tête-bêche) en raison de différences dans leur conformation et leurs propriétés de liaison au GTP : l’alpha-tubuline se lie au GTP de manière non hydrolysable tandis que la bêta-tubuline peut lier soit du GTP, soit du GDP de façon hydrolysable. La distribution des charges joue un rôle de soutien en stabilisant ces interactions par des forces électrostatiques. Cette polarité deviendra très importante plus loin dans cet article.
Figure 3 : Structure de la tubuline et dimensions des microtubules. https://fr.wikipedia.org/wiki/Tubuline
C’est ici que ça devient intéressant.
Roger Penrose et Stuart Hameroff ont développé une théorie appelée Orchestrated Objective Reduction (Orch-OR ; Réduction objective orchestrée) en biologie quantique, suggérant que les microtubules agissent comme des processeurs quantiques, où la conscience émerge de calculs quantiques, et non de processus purement computationnels. Contrairement à l’idée selon laquelle la conscience découle des connexions neuronales classiques, leur théorie propose que les microtubules présents dans les neurones facilitent des processus quantiques essentiels à la conscience. Ces processus reposent sur la réduction objective (OR), un mécanisme hypothétique dans lequel les superpositions quantiques — comme des particules existant simultanément dans plusieurs états — s’effondrent spontanément en raison des effets gravitationnels dans l’espace-temps.
Dans Orch-OR, des états quantiques biologiquement orchestrés dans les microtubules permettent des calculs cohérents, avec des effondrements par réduction objective (OR) se produisant à des échelles de temps permettant aux effets quantiques de persister dans des structures microscopiques — comme les protéines de tubuline — tout en garantissant que le comportement macroscopique du cerveau reste classique et stable. La réduction objective (OR), en tant que mécanisme hypothétique, propose que les superpositions quantiques — des états multiples possibles — s’effondrent spontanément sous l’effet de la gravité dans l’espace-temps, ce qui permettrait de résoudre le « problème de la mesure » en mécanique quantique en suggérant que des résultats définis émergent objectivement sans nécessiter d’observateur. En appliquant ce principe, Orch-OR propose une explication spéculative de la manière dont des processus quantiques pourraient sous-tendre la conscience.
Alors que certaines autres théories affirment que la conscience émerge de la complexité croissante des calculs réalisés par les neurones cérébraux, Orch-OR postule que la conscience repose sur un traitement quantique non calculable effectué par des qubits formés collectivement dans les microtubules cellulaires, un processus considérablement amplifié dans les neurones [5].
Ils proposent que les états conformationnels de la tubuline pourraient permettre une cohérence quantique, les mouvements des électrons dans les acides aminés aromatiques rendant possible la superposition et l’intrication quantiques. Pensez à nouveau à notre composition de molécules hétérodimériques de tubuline. Les critiques soutiennent que les systèmes biologiques sont trop « mous » pour permettre des effets quantiques durables, mais certaines études suggèrent des comportements proches du quantique, comme la résonance vibrationnelle, dans les microtubules.
Maintenant, la personne spirituelle en moi sent vraiment que ces gars tiennent quelque chose. Mais c’est aussi le cas du scientifique. Passons maintenant aux réseaux de neurones artificiels (ANN), parce que, manifestement, mon cerveau n’a pas encore assez souffert.
Sur les réseaux de neurones artificiels (RNA ou ANN en anglais)
L’histoire du développement des réseaux de neurones remonte loin, jusqu’en 1795, avec les travaux de Gauss sur le mouvement des planètes. Ses recherches révolutionnaires ont conduit à l’introduction de la constante gravitationnelle de Gauss, à la méthode des moindres carrés, et à la formulation des principes fondamentaux du magnétisme. Lui et moi partageons la conviction que « l’acte d’apprendre, et non la possession du savoir, procure le plus grand plaisir ». Depuis son travail sur l’approximation par les moindres carrés, les réseaux de neurones ont parcouru un long chemin.
Grâce aux percées dans l’apprentissage profond (deep learning) des années 1960 et 1970, avec des avancées telles que la rétropropagation (qui implique le calcul du gradient d’une fonction de perte — dans le but de minimiser la perte — par rapport aux poids du réseau pour une seule entrée-sortie donnée), les réseaux convolutifs (vision par ordinateur) et récurrents (mémoire — le « P » de ChatGPT signifie pre-training, soit préentraînement autosupervisé), jusqu’aux réseaux antagonistes génératifs (GANs — affrontement entre deux réseaux de neurones) pour reconnaître des chats, l’utilisation de multiples couches cachées dans les réseaux a permis de passer, en un peu plus d’une décennie, de l’image de gauche à celle de droite dans la Figure 4. Stupéfiant, non ? L’image de droite ressemble à une vraie photo, et si vous lisez cet article, vous pourriez commencer à vous demander ce qu’est vraiment une image, et ce qui — le cas échéant — distingue une image capturée par un humain de celle générée par un ordinateur.
Figure 4 : Un des neurones du réseau de neurones artificiels, entraîné à partir de captures d’écran de vidéos YouTube non étiquetées, a appris à détecter les chats.
Source : https://blog.google/technology/ai/using-large-scale-brain-simulations-for/ (gauche) vs image générée par Grok3 de « chat », mardi 8 avril 2025 (droite).
Et n’oublions pas : bien que tout cela repose sur un modèle aussi élégant que la régression linéaire, l’évolution des capacités des réseaux de neurones [profonds] n’est pas linéaire. Vous pouvez en lire davantage à ce sujet sur Skynet today. Argh. Voici aussi un excellent article fourni par le grand Dr K, qui plonge dans l’expérience de la DARPA en matière d’intelligence artificielle. Argh au carré.
Je ne peux pas passer sous silence le rôle des gamers, car, sans eux, je ne pense pas que nous serions aussi avancés aujourd’hui dans le développement des réseaux neuronaux. Je ne suis pas moi-même un gamer, mais de l’extérieur, je les vois eux et leur engagement à créer des stratégies pour « gagner » dans des environnements graphiques époustouflants, comme un moteur essentiel à l’émergence rapide des idées qui ont mené à l’évolution accélérée de ces réseaux — notamment en matière de développement du matériel graphique (les GPU, indispensables à l’entraînement des réseaux neuronaux), et en recherche en IA pour les agents de jeu (comme AlphaGo ou AlphaStar de DeepMind).
Il est absolument évident que les données d’entraînement et le matériel — éléments cruciaux pour le développement des réseaux neuronaux artificiels — sont le fruit de millions d’heures de travail acharné passées… à jouer.
L’idée incroyable de faire s’affronter des réseaux neuronaux — ce qu’on appelle les GANs — provient davantage de la théorie des jeux et des concepts d’apprentissage automatique que du jeu vidéo directement, mais il est dit que cette idée est venue à Ian Goodfellow alors qu’il discutait avec ses potes au bar de comment améliorer les modèles génératifs. Cela ressemble pas mal à une partie de jeu, non ? On dirait une scène tout droit sortie de A Beautiful Mind. N’est-ce pas incroyable de se dire que les réponses aux questions les plus complexes se trouvent en nous, et qu’elles nous fixent parfois droit dans les yeux… depuis le fond d’un verre ?
Figure 5 : La scène du bar dans Un homme d’exception.
https://www.looper.com/238554/the-ending-of-a-beautiful-mind-explained/
Retour aux neurones et aux microtubules
Alors, qu’ont fait ces génies au fil des années dans le développement continu de ces réseaux neuronaux ? Ce que ferait n’importe quel génie : ils ont essayé de copier la nature — le plus grand génie de tous. Plus précisément, ils ont tenté (et continuent de tenter) d’imiter le neurone. Pour que vous le sachiez, l’équivalent informatique (réseau neuronal artificiel) d’un neurone s’appelle un nœud (ou perceptron).
Les neurones s’activent via des potentiels d’action qui sont la conséquence de l’effet cumulatif des potentiels gradués. Les potentiels gradués sont un changement localisé et variable du potentiel de membrane d’une cellule, proportionnel à la force du stimulus, qui décroît avec le temps et la distance. Cela se produit dans les dendrites ou le soma et intègre les signaux pour influencer si un potentiel d’action se produit ou non. Il se distingue des potentiels d’action par sa nature graduée, l’absence de seuil et son effet à courte portée. Lorsqu’un potentiel de membrane d’un neurone atteint un seuil (typiquement autour de -55 mV), il déclenche un potentiel d’action. Les potentiels d’action eux-mêmes sont donc en gros tout ou rien. Je dis « en gros », car le processus menant à l’activation, en termes de fréquence et de schéma de décharge dans le temps, varie. Par exemple, un neurone peut s’activer 10 fois par seconde ou 100 fois par seconde, ce qui ajoute une couche de complexité au-delà d’un simple 0 ou 1. De plus, les neurones ne sont pas « connectés » de manière 1:1 ; un seul neurone intègre des milliers d’entrées provenant d’autres neurones.
Vous pouvez imaginer ces potentiels comme un éternuement : le potentiel gradué est l’accumulation de chatouilles (comme du pollen ou une irritation dans le nez et la tête), et le potentiel d’action est l’éternuement lui-même — un événement tout ou rien qui se produit ou non. C’est similaire à une unité seuil binaire dans un réseau neuronal, qui additionne des entrées pondérées et déclenche un 0 ou un 1 selon un seuil strict, comme un éternuement déclenché instantanément si l’irritation dépasse une certaine limite. Mais le fonctionnement d’un réseau neuronal est comme un chœur d’éternuements, chacun déclenché par des chatouilles variables qui se combinent, s’amplifient ou s’atténuent à travers de nombreux nez, créant un effet collectif bien plus complexe que la simple accumulation d’un éternuement isolé.
Les ordinateurs traditionnels utilisent ce système binaire pour calculer en représentant toutes les données et instructions sous forme de combinaisons de 0 et de 1, qui correspondent aux états éteint et allumé des signaux électriques dans leurs circuits, traités via des portes logiques pour effectuer des calculs et des opérations. Comprendre cela va devenir important lorsque j’aborderai la partie sur la biologie quantique, car les systèmes quantiques utilisent des qubits qui peuvent exister en superpositions (0, 1 ou les deux simultanément), permettant un traitement parallèle et des résultats probabilistes pour certains calculs. On en reparlera dans un qubit.
Voici un magnifique schéma qui décrit comment un neurone humain typique est comparable au système binaire dans son état de calcul.
Figure 6 : Neurone et axone myélinisé, avec flux de signal des entrées au niveau des dendrites aux sorties au niveau des terminaisons axonales. [https://en.wikipedia.org/wiki/Neural_network_(machine_learning)].
Comme vous pouvez le voir sur la Figure 6, un neurone reçoit des entrées via ses dendrites, où les neurotransmetteurs d’autres neurones provoquent des potentiels postsynaptiques excitateurs ou inhibiteurs (accumulation d’éternuement) ; les entrées sont traitées, et un signal de sortie est envoyé le long de l’axone (myélinisé dans de nombreux cas), qui peut être interprété comme un état de «?marche?» lorsque le neurone se déclenche (éternuement), tandis que la sortie globale inclut la transmission synaptique vers le neurone suivant et l’information encodée dans la fréquence et le motif de déclenchement.
Cela s’oppose à un réseau neuronal où un neurone artificiel traite les entrées via une somme pondérée et applique une fonction d’activation, produisant une sortie qui peut être binaire (par exemple, 0 ou 1 avec une fonction en escalier) ou continue (par exemple, une probabilité entre 0 et 1 avec une sigmoïde), selon la fonction d’activation utilisée. Imaginez la somme pondérée comme un neurone décidant dans quelle mesure écouter les différents signaux d’autres neurones — chaque signal reçoit un poids basé sur sa pertinence, et la somme pondérée détermine l’étape suivante, bien que la théorie Orch-OR suggère que des processus quantiques pourraient ajouter des couches supplémentaires au-delà de cette sommation classique.
Les deux systèmes reçoivent des entrées, les traitent et produisent une sortie. Pour un neurone biologique, la sortie est le potentiel d’action (ou son absence), et pour un nœud (analogue à un neurone biologique), la sortie est le résultat de la fonction d’activation. Lorsque la sortie du nœud est binaire, cela reflète la nature tout ou rien (on/off) du potentiel d’action d’un neurone.
Bon, cela suffit sur ce sujet. Revenons aux neurones biologiques. Qu’en est-il de ces microtubules et de la tubuline ? Puisqu’ils jouent un rôle structurel dans la conduction des potentiels d’action, que font-ils d’autre ? Est-il possible que leurs composants — à savoir les molécules de tubuline — stockent des informations en fonction de la direction de leur polarité ?
Les microtubules présents dans les neurones sont appelés microtubules neuronaux et diffèrent légèrement des autres microtubules en termes de fonction et d’arrangement intracellulaire. Je pense que tout le monde a maintenant vu la fameuse vidéo sur YouTube du mignon kinésine qui marche, non ? Sinon, la voici.
Dans la vidéo ci-dessus, la structure sur laquelle la protéine kinésine (alias M. Kinésine) marche est un microtubule. Encore une fois, le microtubule est creux et constitué de protéines de tubuline formant un polymère dynamique (ils peuvent « grandir » et « rétrécir » en fonction du nombre de dimères de tubuline), non divisé. Comme vous pouvez maintenant l’imaginer plus clairement grâce à M. Kinésine, les microtubules et la tubuline qui les composent sont vraiment importants pour le transport et l’infrastructure. D’ailleurs, en raison de la direction de polarité du microtubule, M. Kinésine ne peut marcher que de l’extrémité « – » à l’extrémité « + ». Mieux que le sort de M. Dynéine : ne pouvoir marcher que de l’extrémité « + » à l’extrémité « – ». Pauvre M. Dynéine.
Dans la vidéo suivante réalisée à Berkeley, vous pouvez visualiser comment les dimères de tubuline construisent et déconstruisent les microtubules.
Voici une autre vidéo géniale de Veritasium (ci-dessous) qui vous aidera à visualiser pourquoi les microtubules sont si importants dans le contexte de la division cellulaire et de la réplication de l’ADN. C’est tellement incroyable. Vous pourrez visualiser comment les microtubules « grandissent » en ajoutant des dimères de tubuline à l’interface des chromatides (le kinétochore) pour permettre la division cellulaire.
Maintenant que nous comprenons un peu mieux les microtubules et leur rôle, nous pouvons continuer à discuter de la façon dont ces choses pourraient « gérer » la biologie quantique via la réduction objective.
Voici un autre extrait vidéo d’une interview tirée d’un épisode de Rogan avec Sir Roger Penrose.
Sur la biologie quantique
Roger Penrose est un physicien et mathématicien de génie, et il a des idées fascinantes sur la conscience. Penrose dit que le cervelet est inconscient. En plus de contenir plus de neurones que le reste du cerveau, comme mentionné précédemment, le cervelet possède plus de neurones que le cortex cérébral (environ 69 milliards contre 16 milliards), et l’encéphale possède un plus grand nombre de connexions synaptiques totales (environ 150 billions contre 100 billions pour le cervelet), en raison de sa connectivité complexe et à longue portée. Il ne s’agit pas seulement du nombre de neurones — c’est aussi le comportement dynamique et peut-être chaotique des neurones dans le cerveau dans son ensemble. Penrose supposerait probablement que les microtubules sont l’un des meilleurs candidats en ce qui concerne la conscience.
La vidéo suivante produite par PBS est un excellent résumé de l’essentiel de cet argument derrière l’idée du cerveau quantique. J’aurais aimé voir cela avant de commencer à écrire ceci ; c’est un très bon résumé — avec des illustrations — de la plupart des concepts que je couvre dans cet article.
Figure 7 : Le résultat de tout traitement effectué par un système quantique impliquant l’effondrement de la fonction d’onde est non algorithmique. Il est donc possible que le raisonnement conscient ait une composante quantique. [https://www.pbs.org/video/was-penrose-right-new-evidence-for-quantum-effects-in-the-brain-pe0bka/].
Penrose s’en remet à l’anesthésiste Stuart Hameroff — (qui a lui aussi accompli un travail assez extraordinaire dans le domaine de la conscience) — sur ce sujet, et soulève le point important qu’il faut examiner ce qui éteint la conscience — comme c’est le cas avec les effets des anesthésiques — pour tenter de répondre aux questions sur sa nature.
Comment les microtubules fonctionneraient-ils en biologie quantique pour permettre la conscience ?
Les microtubules sont-ils des ordinateurs moléculaires ? Les molécules individuelles de tubuline ont-elles la capacité de stocker des informations en fonction de leur direction de polarisation ? P.S. Regardez cette vidéo pour en savoir plus sur l’effondrement de la fonction d’onde — aussi appelé théories de l’effondrement objectif.
Penrose et Hameroff ont proposé une hypothèse brillante : que les dimères de tubuline dans les microtubules peuvent exister dans une superposition d’états conformationnels (par exemple, un état pourrait représenter un léger changement dans la structure du dimère). À quel point c’est logique et génial ? Nous ne devons pas perdre de vue que, pour que les effets quantiques soient significatifs, les superpositions doivent être maintenues dans un état de cohérence quantique, ce qui signifie que les états quantiques ne doivent pas se décohérer (ne perdent pas leurs propriétés quantiques) en raison des interactions avec l’environnement. C’est une chose difficile à imaginer, encore plus à réaliser. Mais le faisons-nous ? Penrose et Hameroff conviennent que les microtubules pourraient jouer un rôle dans la conscience si « une bonne fraction de tous les microtubules de tous les neurones du cerveau devaient être intriqués pour générer la conscience ». Hameroff suggère que les microtubules sont protégés du bruit environnemental (par exemple, par un cytoplasme gélatineux ou des couches d’eau autour d’eux), permettant à la cohérence de persister assez longtemps pour que le calcul quantique se produise.
Il convient de noter qu’un article a été publié l’année dernière (19 avril 2024) qui a mis en évidence le fait que les microtubules impliquent quelque chose appelé superradiance, et peu importe ce que cela signifie exactement (cela signifie essentiellement très brillant), concentrez-vous simplement sur le fait qu’il s’agit d’un effet quantique. Réfléchissez à cela.
Les microtubules/molécules de tubuline agissent-ils comme des ordinateurs quantiques à l’intérieur des neurones ? Le réseau de dimères de tubuline pourrait agir pour traiter l’information via des interactions quantiques, telles que l’intrication quantique (où les états de plusieurs dimères de tubuline deviennent corrélés) et la superposition quantique. Cela impliquerait des calculs quantiques se produisant sur une échelle de temps allant de la milliseconde à la seconde, impliquant des milliards de dimères de tubuline à travers de nombreux microtubules dans un seul neurone, ce qui est concevable.
Ainsi, les états quantiques dans les microtubules sont supposés influencer l’activité classique du neurone, comme le déclenchement des potentiels d’action. Par exemple, l’état quantique collectif des microtubules pourrait affecter le potentiel de membrane du neurone ou la libération de neurotransmetteurs en modifiant le comportement des canaux ioniques ou des vésicules synaptiques. Hameroff a proposé que les microtubules pourraient interagir avec la membrane du neurone via des MAPs (protéines associées aux microtubules — comme les protéines Tau), qui pourraient relier les événements quantiques dans les microtubules à la signalisation neuronale classique.
Figure 8 : Protéines Tau sur un microtubule.
[https://en.wikipedia.org/wiki/Neurotubule]
Si vous ne vous en souvenez pas, les protéines Tau sont liées à la maladie d’Alzheimer et je m’intéresse donc également aux effets des injections COVID sur les microtubules, puisqu’on observe une augmentation des cas d’Alzheimer et des maladies dégénératives en général, comme le montrent les données du VAERS. C’est une pensée terrible — mais tout à fait plausible — de penser que quelque chose dans les injections COVID perturbe notre biologie quantique.
Qu’est-ce qui est spécial à propos des microtubules (à part l’évidence) ?
Penrose et Hameroff soutiennent que les microtubules sont particulièrement adaptés aux effets quantiques en raison de leur structure à l’échelle nanométrique et de leur potentiel de comportement quantique collectif à travers de nombreux dimères de tubuline. Leur arrangement en réseau [cristallin], leur taille et leur échelle, leurs propriétés électriques (régions de charge positive et négative) et leur protection contre la décohérence (cytoplasme gélatineux ou couches d’eau ordonnées qui les protègent du bruit environnemental, permettant à la cohérence quantique de persister pendant des millisecondes à des secondes) contribuent tous à l’idée que ces microtubules sont des conduits quantiques.
La partie réduction de l’idée de Penrose/Hameroff concerne les microtubules, où l’effondrement objectif des superpositions quantiques dans les dimères de tubuline des microtubules, entraîné par la géométrie de l’espace-temps, est proposé pour produire des moments discrets d’expérience consciente. Penrose et Hameroff estiment que ces effondrements se produisent à une fréquence d’environ 40 Hz (correspondant à la fréquence gamma des ondes cérébrales souvent associées à la conscience), ce qui signifie que la conscience est une série de tels événements. Ouf. Un exemple d’un moment conscient unique selon leur théorie impliquerait l’effondrement des superpositions à travers des milliards de dimères de tubuline dans des milliers de neurones produisant une expérience unifiée, comme voir un chat.
Figure 9 : L’image générée par Grok avec l’invite « moments discrets d’expérience consciente voyant un chat ».
C’est un peu drôle comment Grok a généré une image de 2 chats se regardant. Et l’un n’a pas de pupilles.
La partie orchestrée de la théorie de Penrose/Hameroff fait référence à l’idée que les processus biologiques dans les neurones, y compris les interactions avec les protéines Tau et autres MAPs, les entrées synaptiques ou les potentiels membranaires, orchestrent les événements quantiques, garantissant qu’ils se produisent de manière coordonnée à travers de nombreux microtubules et neurones.
Concernant le cytoplasme gélatineux et les couches d’eau ordonnées — est-ce de l’eau EZ ?
L’une des choses qui mérite plus d’attention dans cette discussion est la composante eau, et il n’y a pas de meilleure référence à citer que Gerald Pollack pour cela. Gerald Pollack est un bio-ingénieur à l’Université de Washington, est le rédacteur en chef fondateur de la revue de recherche WATER et directeur de l’Institute for Venture Science, et il étudie l’eau. Plus précisément, il étudie la soi-disant quatrième phase de l’eau qui a, vous l’avez deviné, des propriétés de typegélatineux.
Gerald Pollack fait depuis longtemps un travail remarquable sur le sujet de l’eau structurée. Cela se résume à peu près ainsi : Les molécules d’eau proches des structures biologiques, comme les protéines ou les membranes peuvent former des couches structurées en raison des liaisons hydrogène et des interactions avec les surfaces chargées. Le travail de Gerald décrit une forme d’eau appelée eau de zone d’exclusion (EZ), qui se forme près des surfaces hydrophiles (comme les membranes cellulaires ou les protéines) et possède une structure plus ordonnée, de type gel.
Cette eau structurée est plus visqueuse et peut exclure les solutés, et certains suggèrent qu’elle pourrait jouer un rôle dans les processus cellulaires en organisant les molécules d’eau d’une manière qui affecte les interactions moléculaires. L’eau acquiert une charge et devient ordonnée lorsqu’elle est soumise à des apports énergétiques, selon les recherches de Gerald. Les molécules d’eau se lient pour former des hexagones, constituant ainsi une quatrième phase de l’eau, en plus des formes connues que sont l’eau liquide, gazeuse et solide. Selon ses idées, cette quatrième phase de l’eau constitue la plupart de l’eau dans nos cellules et cela a des implications énormes, y compris pour l’hypothèse de Penrose et Hameroff.
L’eau autour des microtubules est-elle donc plus ordonnée que l’eau en vrac afin de réduire le bruit ? Je veux dire, sans la protection des microtubules contre le bruit environnemental via cette eau pour empêcher la décohérence quantique (la perte des états quantiques due aux interactions avec l’environnement), pour permettre à la cohérence quantique de persister assez longtemps pour que les processus quantiques proposés influencent la conscience, la conscience serait-elle même possible ?
Vous devriez visiter son site — il y a un joli clip vidéo réalisé par le snowboardeur professionnel Travis Rice intitulé The Fourth Phase.
Figure 10 : L’eau et la biologie cellulaire selon Gerald Pollack. [https://www.pollacklab.org/research]
Imaginez un instant que Gerald ait raison, comme je le soupçonne. Cela explique tellement de choses en ce qui concerne la biologie en général — du pompage du sang par le cœur aux potentiels membranaires des parois cellulaires. Imaginez que la charge négative de l’eau EZ pourrait également influencer la façon dont les ions se déplacent ; affectant potentiellement les potentiels membranaires sans avoir besoin d’autant d’énergie que les modèles traditionnels le suggèrent. C’est comme si la cellule obtenait une batterie intégrée à partir de l’eau elle-même.
Dans les membranes, cela pourrait signifier que la bicouche lipidique n’est pas seulement une barrière passive, mais un acteur actif, avec l’eau EZ formant une couche qui régit ce qui entre ou sort en fonction de la charge et de la structure plutôt que de la taille ou de la solubilité seule. Cela pourrait même être lié à la raison pour laquelle les cellules peuvent maintenir des gradients électriques si précis — moins sur les pompes qui travaillent à plein régime et plus sur l’organisation inhérente de l’eau qui fait une partie du travail lourd.
Si nous intégrons l’eau EZ dans le contexte des microtubules neuronaux, les choses deviennent encore plus intrigantes. À l’intérieur et autour des microtubules, l’eau n’est pas seulement un remplissage passif — elle pourrait être principalement dans cette quatrième phase, formant une couche ordonnée et chargée négativement le long des surfaces hydrophiles de la tubuline. Le travail de Pollack suggère que l’eau EZ exclut les solutés et crée une zone riche en protons à proximité, établissant une séparation de charge. Dans un neurone, cela pourrait signifier que les microtubules ne sont pas seulement une structure, mais aussi des acteurs électriques actifs. La charge négative de l’eau EZ à l’intérieur des tubes pourrait agir comme un condensateur, stockant et transmettant des potentiels le long du neurone, en complément des gradients propres de la membrane. Cela nous ramène aux potentiels membranaires et à la charge — les microtubules pourraient être un amplificateur interne, ou même un système parallèle.
Pensez à la propagation du signal. Si l’eau EZ recouvre les microtubules, leurs noyaux creux pourraient canaliser des protons ou des ions, entraînés par cette séparation de charge, presque comme de minuscules fils bioélectriques. Cela pourrait accélérer ou affiner la façon dont les neurones traitent les signaux, au-delà de ce que le potentiel d’action de l’axone explique à lui seul. Cela pourrait également expliquer pourquoi les microtubules sont si abondants dans les dendrites et les corps cellulaires, où l’intégration des entrées (signaux) se produit — peut-être qu’ils modulent les potentiels locaux via ce système de charge basé sur l’eau.
Ensuite, il y a l’aspect du transport. Les microtubules transportent des neurotransmetteurs et des organites en utilisant des protéines motrices, comme nos mignons petits amis les kinésines. Si l’eau EZ crée une interface glissante et chargée, cela pourrait améliorer l’efficacité — moins de friction, plus de guidage électrostatique. Pollack a démontré cela dans des expériences en laboratoire avec de l’eau proche des surfaces entraînant un écoulement ; à l’échelle d’un neurone, c’est plausible.
Hameroff postule que les microtubules hébergent la cohérence quantique. L’eau EZ, étant ordonnée et protégeant potentiellement contre la décohérence, pourrait stabiliser ces états. Cela n’a pas encore été prouvé, mais je parierais là-dessus.
Les microtubules fonctionnant sous le modèle de l’eau EZ pourraient en effet être le pont entre la biologie et la physique dans les neurones et unifier les rôles électriques et mécaniques dans le neurone. Pensez-y : dynamique des charges, amplification du signal et optimisation du transport — tout est couvert.
Nous devrions probablement revenir à la conscience à ce stade.
La conscience est une bête — expérience subjective, conscience de soi, tout le truc « ce que c’est que d’être ». L’idée Orch-OR de Penrose-Hameroff dit que c’est quantique parce que les systèmes classiques, comme un ordinateur traitant des 1 et des 0, ne peuvent pas combler le fossé jusqu’aux qualia. Ils soutiennent que les microtubules hébergent des superpositions quantiques qui s’effondrent, reliant la physique à l’esprit d’une manière que la mécanique classique ne peut pas. C’est audacieux — Penrose suggère même que des processus non calculables (peut-être, quantiques) sont nécessaires pour l’intuition humaine. S’il a raison, la conscience pourrait en effet avoir besoin de cette étincelle quantique, et des éléments comme l’eau EZ de Pollack pourraient être la colle qui la maintient cohérente dans le désordre du cerveau.
La biologie du cerveau est incroyablement complexe avec des billions de neurones, une plasticité synaptique, des boucles de rétroaction chaotiques et des modèles émergents qui défient vraiment les modèles simples. Pensez à la synchronisation. Mes lucioles clignotant en même temps, ou un vol d’oiseaux : aucun oiseau ne calcule l’ensemble, mais le groupe se déplace comme un seul. La conscience pourrait en effet être un phénomène émergent du chaos, ne nécessitant aucune magie quantique. Le cerveau a des gradients chimiques, des ondes électriques et une précision de timing qui rivalisent avec n’importe quelle machine, tout cela est classique. Ajoutez-y des bizarreries, comme les neurones miroirs ou la façon dont les psychédéliques inversent la perception, et il est plausible que l’étrangeté biologique pure — amplifiée par l’évolution — nous y mène. Les effets quantiques pourraient l’améliorer (effet tunnel dans les synapses, par exemple), mais « en avoir besoin » semble excessif lorsque le système est déjà si riche.
Considérant que les modèles de réseaux neuronaux classiques imitent la cognition de manière terrifiante sans la moindre trace de quantique, on pourrait argumenter que, puisque la biologie a prouvé qu’elle peut faire des choses insensées avec des parties banales (l’ADN est un code, les yeux sont des caméras, tout est fait de protéines et de cellules) sans avoir besoin de quantique, pourquoi pas la conscience aussi ?
Sur les origines de la conscience à partir de la chimie
« La nature veut que nous voyions les choses telles qu’elles sont ». Addy Pross
Le monde entier est-il une illusion ? Les bactéries sont-elles conscientes ? Addy Pross est un chimiste qui a accompli un travail remarquable dans ses investigations sur la vie elle-même. Il a écrit le livre « What Is Life? How Chemistry Becomes Biology », qui explore comment la chimie peut donner naissance à la biologie, et propose que l’évolution soit l’expression biologique d’un principe chimique plus profond. Il dirait probablement que la conscience et la cognition étaient présentes dès les premiers stades de l’évolution et que les bactéries sont en effet conscientes, afin de persister. « Les flux d’information et les systèmes de contrôle ne sont pas à sens unique ». Pensez au fait que le principe central de la biologie –> ADN –> ARNm –> protéine fonctionne aussi dans l’autre sens via la transcription inverse.
Au-delà des états thermodynamiques de la matière, il existe des états cinétiques de la matière. La vie elle-même, selon Addy Pross, est un système chimique répliquant dans un état cinétique dynamique. Il affirme que cet état cinétique de la matière va à l’encontre de l’état thermodynamique de la matière, dans lequel cette dernière devrait être dans un état de faible énergie. La stabilité peut signifier une faible stabilité, mais elle peut aussi signifier persistance : inchangé dans le temps et, selon Pross, ces deux types de stabilité ne se recoupent pas nécessairement. Vous pouvez avoir des « choses » qui sont instables en termes d’« énergie », mais stables en termes de « temps » et, selon lui, la stabilité temporelle est plus fondamentale en ce qui concerne les systèmes cinétiquement et énergétiquement stables que la stabilité énergétique. Ainsi, Pross soutient que la vie est énergétiquement instable (elle lutte constamment contre l’entropie grâce à un apport d’énergie, comme l’ATP dans les cellules), mais temporellement stable parce qu’elle se réplique plus vite qu’elle ne se dégrade.
Alors, comment cela s’applique-t-il à notre idée des microtubules comme générateurs de conscience ?
Pross soutient que la vie opère dans un état cinétique de la matière, où la stabilité temporelle — la persistance dans le temps grâce à la réplication — l’emporte sur la stabilité énergétique. Les systèmes vivants sont loin de l’équilibre, utilisant constamment de l’énergie pour maintenir leur structure et leur fonction. Les microtubules dans les neurones correspondent parfaitement à ce modèle : ce sont des structures dynamiques, s’assemblant et se désassemblant constamment, mais persistent comme un réseau dans le temps. Ils ne sont pas dans un état de faible énergie — ils sont énergétiquement actifs, avec des molécules de GTP entraînant la polymérisation de la tubuline — mais ils atteignent une stabilité temporelle grâce à des cycles régulés de croissance et de rétrécissement. Cela correspond à l’idée de Pross : les microtubules sont un système instable sur le plan énergétique, mais stable dans le temps, grâce à la machinerie cellulaire qui les maintient dans un état dynamique stable.
La conscience comme retour permettant la persistance…
Maintenant, abordons l’angle de la conscience, en particulier à travers le prisme de la théorie Orch-OR de Penrose et Hameroff mentionnée précédemment. Ils proposent que les microtubules dans les neurones ne soient pas seulement structurels, mais aussi computationnels, hébergeant potentiellement des superpositions quantiques qui s’effondrent pour produire des moments conscients. Si nous superposons le cadre de Pross, les microtubules pourraient être vus comme un microcosme de l’état cinétique de la vie, mais à une échelle plus petite dans le neurone. Leur nature dynamique — alternant constamment entre croissance et catastrophe — reflète l’état loin de l’équilibre que Pross décrit pour la vie elle-même. Cette danse cinétique pourrait être ce qui permet aux microtubules de traiter l’information d’une manière qui mène à la conscience.
Voici où cela devient intéressant : l’accent mis par Pross sur la réplication comme moteur de la stabilité temporelle ne s’applique pas directement aux microtubules (ils ne se répliquent pas comme l’ADN), mais le principe de persistance à travers l’activité dynamique le fait. Les microtubules maintiennent leur fonction grâce à un équilibre entre assemblage, désassemblage et stabilisation par des protéines comme les MAPs, mentionnées précédemment. Cette stabilité dynamique pourrait créer les conditions nécessaires pour les effets quantiques dont parle Hameroff — comme les superpositions dans les dimères de tubuline — en maintenant le système dans un état de haute énergie, loin de l’équilibre où la cohérence quantique pourrait persister plus longtemps que prévu. L’environnement chaud et bruyant du cerveau devrait tuer la cohérence rapidement, mais un système cinétiquement stable pourrait la protéger, surtout si l’eau EZ (comme nous l’avons vu) joue un rôle dans la structuration de l’environnement autour des microtubules pour réduire la décohérence.
Maintenant, essayons de lier cela à la conscience. Si les microtubules traitent effectivement l’information via des effets quantiques, leur état cinétique pourrait être ce qui le rend possible. Le flux constant d’énergie — hydrolyse du GTP, mouvements d’ions, même les effets de charge de l’eau EZ — les maintient dans un état où ils peuvent soutenir les processus quantiques délicats nécessaires aux « effondrements orchestrés » d’Orch-OR. Ces effondrements, à leur tour, pourraient générer l’expérience subjective de la conscience. Pross suggère que la capacité de la vie à exister dans cet état cinétique est ce qui rend la complexité possible ; les microtubules pourraient exploiter ce même principe pour permettre la complexité de la conscience.
Bouclons également avec l’eau EZ. Si la quatrième phase de l’eau de Pollack couvre les microtubules, elle pourrait améliorer leur stabilité cinétique en fournissant un environnement structuré et chargé qui soutient à la fois les processus classiques et quantiques. La charge négative de l’eau EZ et ses gradients de protons pourraient agir comme une batterie, entraînant les flux d’énergie qui maintiennent les microtubules dans leur état loin de l’équilibre. Cela pourrait amplifier leur rôle en tant que créateurs de conscience, que ce soit via des effets quantiques ou simplement en augmentant leur capacité à intégrer des signaux à travers le neurone.
Ainsi, l’idée de Pross s’applique aux microtubules en les encadrant comme un système dynamique, cinétiquement stable au sein de l’état cinétique plus large du neurone. Leur rôle dans la conscience — quantique ou classique — pourrait dépendre de cet état, leur permettant de traiter l’information d’une manière que les systèmes statiques et en équilibre ne pourraient pas. C’est comme s’ils étaient une version miniature de l’astuce de la vie : utiliser l’énergie pour défier l’entropie et créer quelque chose d’émergent, comme la conscience.
Un regard plus approfondi de la biochimie de la tubuline
Une dernière chose sur la tubuline d’un point de vue biochimique. La tubuline se polymérise pour former des microtubules : un processus entraîné par la liaison et l’hydrolyse du GTP. Comme démontré dans les vidéos ci-dessus, lorsque la bêta-tubuline liée au GTP est ajoutée à un microtubule en croissance (à l’extrémité positive), le dimère s’assemble tête-bêche avec d’autres dimères, formant des protofilaments — encore une fois : typiquement 13 qui s’alignent latéralement en un tube creux d’environ 25 nm de diamètre. L’hydrolyse du GTP en GDP dans la bêta-tubuline après incorporation déstabilise la structure, favorisant l’instabilité dynamique : les microtubules grandissent rapidement (sauvetage) lorsque la tubuline liée au GTP est abondante ou rétrécissent (catastrophe) lorsque la tubuline-GDP domine, avec des taux de 1 à 10 μm/min dans les cellules.
La sous-unité alpha lie le GTP de manière irréversible (verrouillée en place), tandis que la bêta lie le GTP de manière réversible, l’hydrolysant en GDP après incorporation. Ce commutateur GTP/GDP est au cœur de la propriété « commutateur » de la tubuline. Ce commutateur est régulé par des facteurs comme les ions Mg²+, la température et les MAPs (par exemple, la protéine tau dans les neurones), qui stabilisent ou déstabilisent le réseau. C’est important à penser lorsqu’on envisage la superposition cohérente. Mais ce qui m’intéresse le plus, c’est d’entrer dans les détails des propriétés de commutation des molécules de tubuline en ce qui concerne la structure et l’unité (superpositions quantiques). En d’autres termes, comment la polarité directionnelle « fonctionne »-t-elle ?
Les dimères de tubuline (paires alpha-bêta — 8 nm de long) sont intrinsèquement polarisés parce que l’alpha-tubuline et la bêta-tubuline diffèrent légèrement en séquence et en fonction, créant une asymétrie moléculaire. Cette polarité inhérente ne s’inverse pas dans un seul dimère ; elle est verrouillée dès que les deux sous-unités s’apparient dans le cytoplasme de la cellule. Ce qui change, et c’est déroutant, c’est le comportement des microtubules dans leur ensemble, entraîné par l’état collectif de nombreux dimères de tubuline.
Les microtubules présentent une instabilité dynamique, où ils grandissent (ajoutent des dimères liés au GTP à l’extrémité positive) ou rétrécissent (perdent des dimères liés au GDP de l’extrémité positive), mais ce n’est pas l’inversion de polarité des dimères individuels — c’est un changement dans la longueur et la stabilité du polymère. L’hydrolyse du GTP en GDP dans la bêta-tubuline modifie la conformation du dimère (de droite à courbée), déclenchant la croissance ou la catastrophe, mais l’orientation alpha-bêta dans chaque dimère reste constante. Même lorsqu’un microtubule se dépolymérise, les dimères libérés conservent leur polarité d’origine et peuvent se réassembler avec le même alignement plus-moins.
Si nous revenons au documentaire de PBS sur le travail de Penrose et l’étude de la superradiance utilisant le tryptophane, il devient plus clair comment l’arrangement ordonné pourrait soutenir la cohérence quantique, car les dipôles alignés (des régions chargées de la tubuline ou des nuages d’électrons du tryptophane) pourraient amplifier les effets collectifs, comme la superradiance. L’accent mis dans l’étude sur le tryptophane (un acide aminé fluorescent dans la tubuline) suggère que la polarité contribue indirectement : l’orientation cohérente des dimères dans le réseau de microtubules aligne ces résidus, amplifiant potentiellement les interactions quantiques.
Je recommande vivement de lire cet article pour en savoir plus sur la dynamique des microtubules. Ci-dessous un schéma issu de l’étude incroyable décrite dans l’article où les auteurs ont utilisé des superordinateurs pour démontrer un nouveau comportement observé aux extrémités des microtubules. Ces chercheurs prétendent que c’est génial pour fabriquer de nouveaux médicaments contre la maladie d’Alzheimer, mais je pense plus grand : je pense que cela a beaucoup à voir avec l’implication des microtubules/tubuline dans les interactions quantiques.
Figure 11 : Des simulations sur superordinateur ont révélé un nouveau comportement se produisant aux extrémités des microtubules. [https://phys.org/news/2025-04-supercomputer-microtubule-dynamics-insights-neurodegenerative.html?utm_source=chatgpt.com]
Hameroff et Penrose suggèrent que les dimères de tubuline dans les microtubules existent dans des superpositions quantiques, et leur effondrement synchronisé — déclenché par la gravité quantique — génère des moments conscients. Les résultats de cette étude pourraient potentiellement éclairer leur modèle Orch-OR en détaillant comment les transitions d’état pourraient contribuer à la dynamique à l’échelle du réseau.
Sur la conscience comme accord harmonique
La conscience pourrait être moins comme un éternuement aléatoire émergeant du chaos biologique et davantage comme une mélodie s’harmonisant lorsque l’orchestre cérébral d’éternuements se fond en un rythme unifié. Le cerveau a toutes ces composantes — neurones qui s’activent, produits chimiques qui circulent, impulsions électriques qui fusent — et ce n’est pas juste du bruit. Ils se synchronisent en motifs, comme des vagues s’écrasant en cadence, un groupe de musique qui trouve le groove, ou mon préféré : les lucioles qui clignotent à l’unisson. Ces motifs apparaissent comme des oscillations neuronales — pensez aux ondes alpha, bêta, gamma — des rythmes mesurables qui changent avec la concentration, le sommeil ou même la méditation.
L’harmonie accordée pourrait signifier que la conscience n’est pas juste le chaos d’une biologie complexe ou un simple empilement de connexions (comme dans l’émergentisme ou la Théorie de l’Information Intégrée [IIT]). Au lieu de cela, cela pourrait être ce qui se passe lorsque ces connexions atteignent la bonne résonance. Imaginez une guitare : pincez une corde, et ce n’est qu’un son — rien de spécial. Mais accordez-la, placez-la dans un corps qui amplifie la vibration, et, soudain vous avez de la musique. Le cerveau pourrait fonctionner de cette manière. Avec 86 milliards de neurones et des billions de synapses formant les cordes, la conscience pourrait surgir lorsqu’ils vibrent à l’unisson, formant un champ harmonique.
Cela pourrait aussi être lié à la physique. Certains chercheurs — notamment ceux qui explorent les théories de la conscience fondées sur les champs électromagnétiques — suggèrent que l’activité électrique du cerveau génère des champs qui ne sont pas juste des sous-produits, mais font partie intégrante du phénomène de la conscience. La théorie CEMI (Conscious Electromagnetic Information theory), par exemple, postule que ces champs intègrent l’information à travers les neurones, nous donnant ce sentiment unifié de « je ». Ajoutez la résonance harmonique, et peut-être que ce n’est pas n’importe quel champ, mais un champ accordé — comme notre vieux poste de radio qui capte un signal clair lorsqu’il est bien réglé. Trop de parasites (le chaos), et vous êtes inconscient ; accord parfait, et vous êtes éveillé, conscient : vous-même.
Les champs harmoniques pourraient aussi suggérer quelque chose au-delà de la biologie. Si la conscience a besoin de cette résonance, pourrait-elle s’accorder à une fréquence universelle ? Cette idée est très spéculative, mais n’est pas impossible, et en tant que scientifique, c’est mon devoir d’explorer toutes les possibilités avec humilité. Les études sur les ondes gamma (environ 40 Hz) montrent qu’elles augmentent pendant la concentration et la perception, et cela suggère que les rythmes synchronisés pourraient en effet être la clé d’un état conscient.
L’idée de l’harmonie accordée pourrait être que le cerveau agit comme un instrument : le chaos fournit la matière première, la complexité relie les éléments entre eux, mais c’est le point d’accord harmonique — les champs résonnants et synchronisés — qui fait chanter la conscience.
Une dernière pensée : l’idée de Bernardo Kastrup (théorie de l’idéalisme analytique), selon laquelle la conscience est le substrat fondamental de la réalité, postule que l’esprit, et non la matière, est l’essence de l’existence et que la matière ne crée pas la conscience ; c’est la conscience qui crée la matière. Kastrup propose que notre réalité physique est l’apparence extérieure de nos pensées et émotions. Il dirait que le cerveau est le symptôme de la conscience — tout comme un sourire ne cause pas le bonheur, le cerveau ne cause pas la conscience.
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Comme je l’ai récemment dit lors de la retraite Brownstone en Espagne, je crois en la magie et je crois aussi que malgré le fait que des phénomènes émergents comme la conscience pourraient émerger du chaos, je crois aussi que si des éléments quantiques faisaient réellement partie de cette biologie fondamentale, cela pourrait mieux expliquer l’inexpliqué. Comme l’intuition. La mémoire. La biologie quantique est réelle. Nous voyons des exemples de cela avec le tunnel quantique dans les enzymes et la cohérence dans la photosynthèse, mais l’appliquer à la conscience, à l’intuition ou à la mémoire reste à démontrer.
L’intuition est une chose vraiment difficile à définir empiriquement ; cela pourrait n’être qu’un appariement rapide et subconscient de motifs, issu du chaos, sans rapport avec le quantique. La mémoire est tout aussi étrange — le renforcement synaptique en explique beaucoup selon les modèles classiques, mais certains se demandent si la cohérence quantique dans les microtubules (à la Orch-OR) pourrait stocker ou traiter davantage. Moi ? Je ne sais pas encore.
Je voulais que cette expérience d’écriture soit ce que je vise toujours — une occasion d’apprentissage mutuel — et je pense avoir réussi. Je n’ai résolu aucune question majeure, et ça me va. Ce qui m’enthousiasme, c’est la recherche testable ici : L’eau EZ pourrait-elle être la clé de la conscience ou comment nous y « accédons » ? Je suis aussi rassurée que si ces mécanismes tiennent, les RNA (réseaux de neurones artificiels) pourraient ne jamais atteindre la conscience par la seule force brute du calcul. Si les neurones réalisent aussi des calculs internes avec les microtubules, et « avec un milliard de microtubules par neurone calculant peut-être un million de fois plus vite que la fréquence de décharge neuronale » [6], alors je devrais être d’accord avec le gars de PBS — nous sommes loin de l’AGI par cette voie. Cependant, s’il y avait un moyen que la conscience puisse être atteinte, ce serait via la fusion des RNA (IA) et des ordinateurs quantiques. Et une dernière question pour titiller le cerveau : Que se passerait-il si cela se produisait ?
Je suppose que tout dépend de ce que vous croyez possible.
J’adorerais recevoir des retours de vos esprits généreux sur ce sujet.
Texte original publié le 11 avril 2025 : https://jessicar.substack.com/p/on-consciousness-minds-models-and
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1 Koch, C. (2019). The Feeling of Life Itself: Why Consciousness Is Widespread but Can’t Be Computed. MIT Press
2 Chalmers, D. J. (1995). Facing Up to the Problem of Consciousness. Journal of Consciousness Studies, 2(3), 200-219
3 Azevedo, F.A.C., Carvalho, L.R.B., Grinberg, L.T., Farfel, J.M., Ferretti, R.E.L., Leite, R.E.P., Filho, W.J., Lent, R. and Herculano-Houzel, S. (2009), Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain. J. Comp. Neurol., 513: 532-541. https://doi.org/10.1002/cne.21974